阻尼减振试验

实验⼗⼋：阻尼减振实验⼀、实验⽬的

1、学习阻尼的物理特性。2、了解阻尼材料的特性。

3、学习⽤半功率法和⾃由衰减法测量阻尼；⼆、实验仪器安装⽰意图

三、实验原理1、概述

阻尼时⼀种物理效应，它⼴泛地存在于各种⽇常事物中，阻碍者物体作相对运动，并把运动能量转变为热能或其他形式地能量。消耗运动能量地原因时多⽅⾯地，或因界⾯上地摩擦⼒、流体地粘滞⼒、材料地内阻尼、磁带效应以及由此⽽引起地湍流、涡流、声辐射等。常见地钟摆运动，如果没有外界继续供给能量，由于摆轴间地摩擦⼒以及空⽓阻⼒等，摆地振幅将逐渐减少以致停动。

结构地动⼒性能常决定于以下三⼤要素：质量、刚度和阻尼，⼀个振动的结构，在任何瞬间时包含着动能与应变能，动能与结构物的质量相联系，⽽应变能则与结构的刚度有关。由于结构发⽣形体变化时，在材料内部有相对位移，阻碍这种相对运动并把动能转变为热能的这种材料的属性，称为内阻尼。由于利⽤材料的内阻尼能有效地抑制构件的振动，降低躁声的辐射，因此具有⾼内阻尼的材料称为阻尼材料，但要使材料能达到充分发挥消耗能量的⽬的，就不仅要求有⾼阻尼，⽽且应⽤较⼤的弹性模量。此外阻尼材料还应有较⾼的强度与较⼩的密度，这样制成的阻尼结构才能整体振动并不致于增加过多的负载，同时还要求在较⼤的温度变化范围内能保持阻尼性能的稳定。阻尼材料常覆盖于外表⾯，因此特殊情况下，还要求耐⽓候变化、耐油与抗酸碱腐蚀等性能。

⾼阻尼材料的损失因数随温度、振幅、频率的不同⽽有明显的变化，⽽且各有它⾃⾝的特有规律性。例如油阻尼是利⽤油的粘滞⼒产⽣阻尼，使振动的机械能转换为热能，如果温升过⾼，油的粘滞⼒特性发⽣改变就会影响到阻尼⼒的⼤⼩。所以要求在使⽤时必须⼗分注意，要针对不同的具体情况进⾏选择。

阻尼材料时由良好的胶粘剂并加⼊适量的增塑剂、填料、辅助剂等组成的。胶粘剂通常⽤沥青、橡胶、塑料类等。阻尼结构是将阻尼材料与构件结合成⼀体以消耗振动能量的结构，通常有以下⼏种基本结合形式：1）、⾃由阻尼层结构；

在振动结构的基层板上牢固地粘合⼀层⾼内阻材料，当基层板进⾏弯曲振动进，可以看到阻尼层将不断随弯曲振动⽽受到⾃由地拉伸与压缩。 2）、间隔阻尼层结构

为了进⼀步增加⾃由阻尼层地拉伸与压缩地形变，在阻尼层与基层板之间再增加⼀层能承受较⼤剪切⼒地间隔层，这样在板进⾏弯曲振动，即使较薄地阻尼层也能起到消耗更多振动能量的作⽤。蜂窝结构的夹层当底与基板牢固粘合，常驻起到良好的间隔层作⽤。 3）、约束阻尼层结构

若把阻尼层牢固地粘合在基板层上，⽽在在阻尼层上部⼜牢固粘合⼀层弹性模量很⼤的薄层材料（⼀般⾦属都具有⼤的弹性模量），就构成约束阻尼层。 4）、间隔约束阻尼层结构

在约束阻尼层与基础板之间加⼀块间隔层，可以增加储存的应变能，从⽽增加了阻尼。 2、阻尼的相关参数⽆阻尼⾃由振动的固有频率：m k f π210=

有阻尼（⼩阻尼）⾃由振动的固有频率：201D f f D -=

临界阻尼系数：km C 2=临阻尼⽐：临C CD =

强迫振动的频率⽐：0f f u =

将动⼒放⼤系数：()2222411D u u +-=

β对f 求导并令其等于0，得到β的极值点为

2021D f f r -=（有阻尼时的共振频率）代⼊上式得到β的极⼤值为2max 121D D -=β

当D 很⼩（D<0.05）时，0f f r ≈，Q 称为品质因数，

频率响应曲线共振峰的尖锐程度决定于Q 值的⼤⼩，Q 越⼤则越尖锐。 简谐激振受迫阻尼振动的动运⽅程的解有两部分，⼀部分通解为阻尼⾃由振动，另⼀部分特解为受迫振动，前⼀部分逐渐衰减，在稳定状态时只有后⼀部分。当受迫振动的频率等于⽆阻尼固有频率时，振动速度达到最⼤。在阻尼不⼤（D<<1），位移、速度和加速度的共振频率基本相同，否则三种共振就应指明是哪⼀种，位移的共振频率为221D -ω，加速度的共振频率为221D -ω。

阻尼振动衰减率的计算：由阻尼⾃由振动的⽅程解可知阻尼振动的衰变因数tDf e02π-，

其阻尼固有频率为02

01f D f f D ≈-=。振幅AN 个周期后衰减为tNT Df Xe 02π-，其中01f T =

，ND tNT Df e e ππ220--=，经过⼀个周期的振幅⽐为D e π2，D π2称为阻尼振动的对数衰减率。⽤δ表⽰，即D πδ2=

对于阻尼振动系统，它的阻尼特性可以在激发振动后，测定它的共振频率曲线，⽤半功率法求得，另⼀种⽅法是振动系统在共振激发状态下，停⽌外激发⽽任它⾃然衰减来测定。 3）、阻尼减振器

在主振动系统中加⼊以空⽓、油等作为介质得减振系统，如图所⽰，主系统由11k m 、组成，⽽阻尼减振器由2m 和c 组成。减振器的最佳参数为：12022m m f f +=最佳阻尼⽐：()()1222121m m m D ++=四、实验步骤1、 仪器安装

参考仪器安装图安装油阻尼器，油阻尼的动杆部分拧在简⽀粱中部的螺孔中，通过螺纹调整油阻尼器的⾼度。传感器采⽤加速度（或速度）传感器，通过ZJY-601A 型振动教学试验仪输出到采集仪的第⼀通道。

2、先把油阻尼器的活塞调出油⾯，调节ZJY-601A 型振动教学试验仪的频率和功率放⼤旋钮，使系统产⽣共振。3、开机进⼊DASP2000标准版软件的主界⾯，选择单通道按钮。进⼊单通道⽰波状态进⾏波形和频谱同时⽰波。4、在采样参数菜单中设置采样频率为500Hz,程控1倍、采样点数2K 、⼯程单位为µm 。5、打开数据列表按钮从频率计中读取频率值及幅值。

6、调整油阻尼器的⾼度，读取活塞不同位置下简⽀粱振动的频率及幅值。五、实验结果和分析